Modyfikowane węgle aktywne jako potencjalne katalizatory w procesach otrzymywania komponentów paliw silnikowych

Abstract

W ramach niniejszej pracy doktorskiej, otrzymano i scharakteryzowano szereg modyfikowanych węgli aktywnych oraz określono ich aktywność katalityczną w reakcji transestryfikacji oleju rzepakowego metanolem oraz w syntezie eteru tert-amylowo-metylowego (TAME). Do preparatyki badanych materiałów wykorzystano surowiec pochodzenia odpadowego – trociny drzewne. Powyższy prekursor poddano aktywacji za pomocą ditlenku węgla w obecności CaCl2, dzięki czemu możliwe było uzyskanie węgla aktywnego o mezoporowatym charakterze powierzchni. Otrzymany wyjściowy węgiel aktywny poddano rozmaitym modyfikacjom, celem wprowadzenia na jego powierzchnię grup funkcyjnych o właściwościach kwasowych lub zasadowych. Uzyskane materiały zostały dokładnie scharakteryzowane przy zastosowaniu różnych metod, takich jak np. XPS, NMR, FTIR, analiza elementarna, analiza struktury porowatej czy potencjometryczne miareczkowanie odwrotne. Elementem nowości realizowanych badań było zastosowanie katalizatorów, które nie były dotąd badane w reakcji transestryfikacji oraz syntezy eterów. Ponadto w przypadku transestryfikacji zastosowano podwyższoną temperaturę i ciśnienie, przy czym metodyka ta była bardzo rzadko stosowana w badaniach dotyczących otrzymywania biodiesla z wykorzystaniem węgli aktywnych. Otrzymane katalizatory były aktywne w reakcji transestryfikacji i/lub syntezy TAME. Stwierdzono, że modyfikowane węgle aktywne mogą stanowić konkurencję dla komercyjnie stosowanych katalizatorów kwasowych (np. Amberlyst-15) czy zasadowych (np. NaOH).

Different modified activated carbons were prepared, characterized and their catalytic activity in the transesterification reaction of rapeseed oil with methanol and the synthesis of tert-amyl methyl ether (TAME) was determined. For the preparation of these materials waste wood sawdust was used. This precursor was activated by the carbon dioxide in the presence of CaCl2, which resulted in the obtaining of mesoporous activated carbon. Initial activated carbon obtained was modified in order to introduce acidic or basic functional groups on its surface. All of the resultant materials have been thoroughly characterized using various methods, such as XPS, NMR, FTIR, elemental analysis, textural analysis or potentiometric titration. In this research, catalysts which have never been investigated before in the transesterification reaction and TAME synthesis were used. In addition, for the transesterification process elevated temperature and pressure were applied. Modified carbon catalysts obtained were active in the synthesis of TAME and/or transesterification of rapeseed oil with methanol. It has been found that modified activated carbons can compete with commercially used acidic or basic catalysts (e.g., Amberlyst-15 or NaOH, respectively).